近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（OMG）丘學(xué)林研究團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所和德國GEOMAR-亥姆霍茲基爾海洋研究中心，利用萬米級(jí)人工源地震剖面，成功獲得了馬里亞納“挑戰(zhàn)者深淵”俯沖板塊上地幔頂部高度蛇紋石化層的橫波速度和縱橫波速比。該成果發(fā)表已發(fā)表在國際地學(xué)期刊《地球物理研究通訊》(Geophysical Research Letters)上，副研究員賀恩遠(yuǎn)為論文第一作者，研究員丘學(xué)林為通訊作者。
馬里亞納“挑戰(zhàn)者深淵”作為全球最深的海溝，位于伊豆 - 小笠原 - 馬里亞納俯沖帶的最南段。該區(qū)域的俯沖板塊具有古老年齡、陡峭俯沖角度以及強(qiáng)烈基底變形等特點(diǎn)，被視作端元型俯沖帶。此前，研究團(tuán)隊(duì)曾搭乘“探索一號(hào)”TS03 航次，在馬里亞納俯沖帶南段橫穿“挑戰(zhàn)者深淵”布設(shè)了一條 230 km 長的廣角深地震測(cè)線 TS2017 - 2，并獲得了該測(cè)線的縱波速度結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)太平洋俯沖板塊上地幔頂部存在 4.0 - 6.5 km 厚的速度異常層，但由于縱波速度存在多解性，對(duì)該異常層的巖石物質(zhì)屬性一直未能明確。
在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)該批次數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入分析。利用徑向分量數(shù)據(jù)開展橫波速度結(jié)構(gòu)模擬和縱 / 橫波速比分析，發(fā)現(xiàn)該上地幔層的縱 / 橫波速比值超過 1.80，最高可達(dá) 1.95。經(jīng)過與實(shí)驗(yàn)室?guī)r石參數(shù)的對(duì)比分析，確定該速度異常層為高度蛇紋石化地幔層，其形成與蛇紋石化地幔橄欖巖的機(jī)械強(qiáng)度快速變化密切相關(guān)。此外，波速比剖面還顯示，輸入板塊地殼和上地幔的縱 / 橫波速比值向海溝方向呈增加趨勢(shì)，但速度值卻在減小，這表明了板塊撓曲斷裂和水化程度的增強(qiáng)。
研究結(jié)果表明“挑戰(zhàn)者深淵”區(qū)域的輸入板塊經(jīng)歷了強(qiáng)烈的撓曲斷裂、水化和地幔蛇紋石化過程。這對(duì)于認(rèn)識(shí)典型端元“馬里亞納”型俯沖系統(tǒng)的俯沖過程和水-物質(zhì)循環(huán)機(jī)制具有重要意義。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃深海專項(xiàng)、中國科學(xué)院南海海洋研究所自主部署項(xiàng)目的資助。
論文信息：He,E.,Qiu,X.,Li,Y.,Grevemeyer,I.,Xu,M.,Zhao,M.,et al. (2025). Strong serpentinization and hydration in the subducting plate of the southern mariana trench: Insights from Vp/Vs ratios. Geophysical Research Letters,52,e2024GL113792.
相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1029/2024GL113792
圖1?馬里亞納俯沖帶南段的地形特征及部分多道反射地震剖面
圖2?沿TS2017-2測(cè)線輸入板塊的縱、橫波速度結(jié)構(gòu)、波速比剖面（圖a-c）以及OBS02臺(tái)站的徑向分量地震剖面（圖d）
圖3?原位地震觀測(cè)與實(shí)驗(yàn)室?guī)r石測(cè)量值的對(duì)比
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